JPH01103907A - Manufacture of high purity substance from silicon, nitrogen and hydrogen - Google Patents

Manufacture of high purity substance from silicon, nitrogen and hydrogen

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JPH01103907A
JPH01103907A JP23215288A JP23215288A JPH01103907A JP H01103907 A JPH01103907 A JP H01103907A JP 23215288 A JP23215288 A JP 23215288A JP 23215288 A JP23215288 A JP 23215288A JP H01103907 A JPH01103907 A JP H01103907A
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JP
Japan
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silicon
nitrogen
hydrogen
reaction
purity
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JP23215288A
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Japanese (ja)
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Eloise A Pugar
エロイズ エイ.ピューガー
Peter E D Morgan
ピーター イー.ディ.モーガン
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US Government
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
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    • C01B21/082Compounds containing nitrogen and non-metals and optionally metals
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    • C01B21/06Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
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Abstract

PURPOSE: To produce a high purity Si3N4 by allowing an elemental Si to react with a liq. nitrogen-hydrogen reaction product at low temp.
CONSTITUTION: An intermediate reaction product consisting of Si, N2 and H2 is obtained by allowing the mixture to react at ≤200°C for 30 min-100 hr in atmospheric pressure after milling the nitrogen-hydrogen reaction product expressed by formula ((n) is 1-4, when the nitrogen-hydrogen reaction product is a linear compd., (m) is 2; and when the reaction product is a cyclic compd., (m) is 0) and 99.9 wt.% elemental Si (when (n) is 1) or 95 wt.% elemental Si (when (n) is 2-4) having 0.01-150 μm grain size. Then the reaction product is heated at a temperature of 1,200-1,700°C for 15 min-2 hr in a nonreactive atmosphere to obtain the Si3N4 of ≥99.9 wt.% purity.
COPYRIGHT: (C)1989,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 〈発明の背景〉 この発明は、ケイ素、水素および窒素をその中に溶解し
てなる新規な液体溶液を製造することを含む、高純度窒
化ケイ素の改良された製造方法に関するものである。こ
の新規な液体溶液は、窒化ケイ素の製造のための先駆物
質として使用するのをはじめとして、種々の化学的な合
成的調製における中間体として使用できるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention provides an improved method for producing high purity silicon nitride that includes producing a novel liquid solution having silicon, hydrogen and nitrogen dissolved therein. It is related to. This novel liquid solution can be used as an intermediate in various chemical synthetic preparations, including as a precursor for the production of silicon nitride.

さらに詳しくはこの発明は、元素状ケイ素を液体状態の
窒素−水素反応物と反応させることによって、ケイ素、
窒素および水素からなる高純度中間体物質を生成し、こ
の中間体物質を加熱することによって高純度窒化ケイ素
を製造することに関するものである。
More specifically, the present invention provides silicon,
The present invention relates to producing high purity silicon nitride by producing a high purity intermediate material consisting of nitrogen and hydrogen and heating the intermediate material.

窒化ケイ素は、高力用途、たとえば航空宇宙用合金の切
断工具やボールベアリング等に使用するための潜在的可
能性を有する重要な構造材料である。現在この材料は、
タービン羽根やセラミック・ディーゼル・エンジンにお
けるような高温環境での使用が企図されている。また、
この材料の誘電特性が、窒化ケイ素を半導体バリアーに
おける重要な構成要素としている。
Silicon nitride is an important structural material with potential for use in high strength applications such as aerospace alloy cutting tools and ball bearings. Currently, this material is
It is intended for use in high temperature environments such as in turbine blades and ceramic diesel engines. Also,
The dielectric properties of this material make silicon nitride an important component in semiconductor barriers.

高純度のものを安価に入手できる元素状ケイ素を用い、
この元素状ケイ素を連続的に自動化されたプロセスで液
体状態の窒素−水素反応物と周囲温度で反応させて、ケ
イ素、窒素および水素からなる高純度中間体生成物を生
成せしめ、得られた中間体生成物を直接熱処理すること
により、精製工程を追加することなく、高純度の窒化ケ
イ素を製造することができるような工業的な高純度窒化
ケイ素の製造方法の開発が望まれる。
Using elemental silicon, which is highly pure and inexpensively available,
This elemental silicon is reacted in a continuous automated process with a liquid state nitrogen-hydrogen reactant at ambient temperature to produce a high purity intermediate product consisting of silicon, nitrogen and hydrogen, and the resulting intermediate It is desired to develop an industrial method for producing high-purity silicon nitride, which can produce high-purity silicon nitride by directly heat-treating the product without adding any purification steps.

元素状ケイ素と窒素化合物とを低温または高温で直接反
応させようとする最初の研究は、“A Compreh
ensive  Treatlse  on Inor
ganicand Theoretical Chem
Istry ” 、 Vol、VI、 NewYork
: Wlley 、 1981. p、lB3 、 ノ
中テJ、W。
The first work to directly react elemental silicon with nitrogen compounds at low or high temperatures was published in “A Compreh.
intensive treatment on Inor
ganicand Theoretical Chem
Istry”, Vol. VI, New York
: Wllley, 1981. p, lB3, Nonakate J, W.

Mel forが引用しているように、E、 Vlgo
urouxによって行われた。彼は、明るい灼熱温度で
アンモニアがケイ素と反応し、水素の遊離をともないな
がら窒化物を生成することを発見した。
As cited by Mel for, E, Vlgo
Done by uroux. He discovered that at bright, scorching temperatures ammonia reacts with silicon to form nitrides with the liberation of hydrogen.

ケイ素の高温窒化反応は、米国特許第4.235.85
7号等にも詳述されており周知である。しかし、超高純
度ケイ素は高温で窒化しにくい。なぜならば窒化物保護
膜(正確にはパシベーションのために半導体上に用いら
れるタイプのもの)が生成されるからである。Jour
nal Electrochem。
The high temperature nitriding reaction of silicon is described in U.S. Patent No. 4.235.85.
7, etc., and is well known. However, ultra-high purity silicon is difficult to nitride at high temperatures. This is because a nitride protective film (precisely of the type used on semiconductors for passivation) is produced. Jour
nal Electrochem.

5ociety、  Vol、123.197B、 p
p、512−514に掲載の”Mass Speetr
ometric 5tudies on IlighT
emperature  Reaction  Bet
ween  IlydrogenChloride a
nd 5ilIca/s目1con ” と題する論文
、およびJournal An+、 CeraIIl、
 Soc、、 Vol、60 (1−2)、 1977
、 pp、7g−81に掲載の ’coIIlpara
ttveStudles ol’ Metal Add
itives on the N1trld−atio
n ol’ 5ilicon”と題する論文でS、S、
LInが述べているところでは、かような窒化プロセス
にはハロゲン化物、鉄、またはその他の陽イオン触媒が
必要とされる。D、Campos−Loriz等はJo
urnal Mat、 Sci、、 Vol、14.1
979. pp、1007=008に掲載の The 
Ef’f’ects orIlydrogen ont
he N1tridatlon o[’ 5llico
n”と題する論文で、またjl、Dervtsbego
vic等はJournal Mat、 Sci、 。
5ociety, Vol, 123.197B, p
"Mass Speetr" published on p. 512-514.
ometric 5tudies on LightT
Empire Reaction Bet
ween IlydrogenChloride a
nd 5ilIca/sth 1con ” and Journal An+, CeraIIl,
Soc, Vol, 60 (1-2), 1977
'coIIlpara published in , pp, 7g-81
ttvStudles ol' Metal Add
tives on the N1trld-atio
In a paper entitled 'No ol'5ilicon', S, S,
LIn states that such nitriding processes require halide, iron, or other cationic catalysts. D. Campos-Loriz et al.
Urnal Mat, Sci, Vol. 14.1
979. The published in pp, 1007=008
Ef'f'ects orIlydrogen ont
he N1tridatlon o[' 5llico
In a paper entitled "n", also jl, Dervtsbego
vic et al., Journal Mat, Sci.

Vol、1B、 1979. pp、1945−55に
掲載の’The Roleof’  Ilydroge
n  in  the  N1trldation  
of  SillconPowder Compact
s ”と題する論文で、このプロセスの不活発さとコス
ト高を解決することを自損して、水素および水蒸気がケ
イ素の窒化反応に及ぼす影響を更に探求している。
Vol, 1B, 1979. 'The Roleof' Ilydroge published in pp, 1945-55
n in the N1trldation
of SillconPowder Compact
In a paper titled ``S'', we further explore the effects of hydrogen and water vapor on the silicon nitridation reaction, at the expense of resolving the inertness and high cost of this process.

前記のMellorの文献p、183では、ケイ素を低
温で液体アンモニアと反応させる試みの不成功例として
EJIgourouxが引用されている。これらの知見
は、この技術分野の研究者達に、工業的プロセスに好ま
しい温度範囲である100℃以下の温度で513N4を
製造するためにはより一層反応性のケイ素誘導体、例え
ば塩化ケイ素、シラン等を使用しなければならないだろ
うと思わせた。
In the aforementioned Mellor article, p. 183, EJIgouroux is cited as an example of an unsuccessful attempt to react silicon with liquid ammonia at low temperatures. These findings have led researchers in this technical field to use more reactive silicon derivatives, such as silicon chloride, silane, etc., to produce 513N4 at temperatures below 100°C, which is the preferred temperature range for industrial processes. made me think I would have to use .

従って現在では、米国特許第4.198.178号に記
載されているような四塩化ケイ素と液体アンモニアとの
低温反応によって、窒化ケイ素が大規模に工業的に製造
されている。無定形ケイ素ジイミド中間体は、窒素雰囲
゛気中で熱処理することにより結晶化されてアルファ窒
化ケイ素とすることができる。しかし、得られた生成物
は粒子表面に塩化物が残留しているため、上述したよう
な所望の用途に要求される純度を有していない。液体ア
ンモニアによる長時間の抽出処理あるいは真空処理で最
終生成物からハロゲン化物を除去することは、追加的な
処理コストを要することになる。また、この精製操作の
間に、空気やイミド中間体の感湿性のために、酸素汚染
が生じる。四塩化ケイ素とアンモニアを700℃以上の
温度でガス相で反応させる場合でも、塩素と酸素の汚染
は十分に除去し得ない。Am。
Silicon nitride is therefore now produced industrially on a large scale by the low temperature reaction of silicon tetrachloride with liquid ammonia as described in US Pat. No. 4,198,178. The amorphous silicon diimide intermediate can be crystallized to alpha silicon nitride by heat treatment in a nitrogen atmosphere. However, the resulting product does not have the purity required for the desired uses as mentioned above due to residual chloride on the particle surface. Removal of halides from the final product by lengthy extraction processes with liquid ammonia or vacuum processing requires additional processing costs. Also, during this purification operation, oxygen contamination occurs due to air and moisture sensitivity of the imide intermediate. Even when silicon tetrachloride and ammonia are reacted in the gas phase at temperatures above 700° C., chlorine and oxygen contamination cannot be sufficiently removed. Am.

Ceram、 Soc、 Bull、、 Vol、65
(8)  198B 、  pp。
Ceram, Soc, Bull,, Vol, 65
(8) 198B, pp.

1171−76に掲載のM、Rahao+an等著 “
Sur[’aceCharacterization 
 of  5ilicon N1tride andS
lllcon Carbide Powders”参照
M, Rahao+an et al. published in 1171-76 “
Sur['aceCharacterization
of 5ilicon N1tride andS
llcon Carbide Powders”.

ケイ素源としてケイ素ハロゲン化物類を使用し、これを
窒素含有物質と反応させて窒化ケイ素を生成させること
は周知である。かような反応は、多数の米国特許、例え
ば米国特許第3.959.446号、同第4,073,
845号、同第4.l13.830号′、同第4.12
2.220号、同第4,145.224号、同第4.2
08.215号、同第4.368,180号、同第4,
376.652号、同第4.399.115号等に記載
されている。
It is well known to use silicon halides as a silicon source and react them with nitrogen-containing substances to form silicon nitride. Such reactions are described in numerous U.S. patents, such as U.S. Pat.
No. 845, same No. 4. l13.830', 4.12
2.220, 4,145.224, 4.2
No. 08.215, No. 4.368,180, No. 4,
No. 376.652, No. 4.399.115, etc.

ケイ素源としてシランを使用し、これと窒素化合物とを
反応させて窒化ケイ素を生成させることも提案されてい
る。米国特許第4.122,155号、同第4.348
.068号、同第4.387.079号、同第4.61
2.297号は、かような反応におけるケイ素源として
シランを用いることを教示している。
It has also been proposed to use silane as a silicon source and react it with a nitrogen compound to produce silicon nitride. U.S. Patent No. 4.122,155, U.S. Patent No. 4.348
.. No. 068, No. 4.387.079, No. 4.61
No. 2.297 teaches the use of silane as the silicon source in such reactions.

シラン(S iH4)は=12℃以上の温度で高度の反
応性を有するガスであるが、爆発性であること、生成物
の沈着に長時間を要すること、生成物の化学量や形態を
十分に制御できないこと、プロセス全体のコストが高い
こと、等の問題がある。前記した最後の2件の米国特許
に記載されているハロゲンで置換したシランとの反応は
、不純物の問題が生じ、追加的な精製コストが必要にな
る。
Silane (S iH4) is a gas that is highly reactive at temperatures above 12°C, but it is explosive, requires a long time to deposit the product, and does not contain enough stoichiometry or morphology. There are problems such as uncontrollability and high cost of the entire process. Reactions with halogen-substituted silanes, as described in the last two US patents mentioned above, create impurity problems and require additional purification costs.

窒化ケイ素の合成は、二酸化ケイ素のカーボサーミック
な窒化により高温(1000=700℃)で達成できる
。この方法は、米国特許第4.122゜152号、同第
4.428.91B号、同第4,590.053号に記
載されている。
The synthesis of silicon nitride can be achieved at high temperatures (1000=700° C.) by carbothermic nitridation of silicon dioxide. This method is described in U.S. Pat. No. 4,122.152, U.S. Pat.

ケイ素のモノ−およびジー硫化物類とアンモニアから窒
化ケイ素を製造する方法は、米国特許第3.211.5
27号や同第4,552,740号においては高温でな
されている。これらの合成反応は、前述した多くの高温
方法よりも興味深い。なぜならば、蒸気移送、やVLS
機構により高度の反応性や種々の形態を作り出すことが
できるからである。加えて、イオウは生成物から一層き
れいに蒸発する。
A method for producing silicon nitride from silicon mono- and di-sulfides and ammonia is described in U.S. Pat. No. 3.211.5.
In No. 27 and No. 4,552,740, high temperature is used. These synthetic reactions are more interesting than many of the high temperature methods mentioned above. This is because steam transfer and VLS
This is because high reactivity and various forms can be created depending on the mechanism. In addition, sulfur evaporates more cleanly from the product.

高純度の出発原料として入手できる元素状ケイ素を用い
、大気圧で200℃以下、好ましくは100℃以下に相
当する温度でこの元素状ケイ素を液体状態の窒素−水素
反応物と反応させて、ケイ素、窒素および水素からなる
高純度中間生成物を生成せしめ、得られた中間生成物を
熱処理することによって高純度の窒化ケイ素を製造する
ことができるよう方法の開発が望まれる。
Using available elemental silicon as a starting material of high purity, the elemental silicon is reacted with a nitrogen-hydrogen reactant in a liquid state at a temperature corresponding to below 200°C, preferably below 100°C, at atmospheric pressure to produce silicon. It is desired to develop a method for producing high-purity silicon nitride by producing a high-purity intermediate product consisting of nitrogen and hydrogen and heat-treating the obtained intermediate product.

〈発明の目的〉 従ってこの発明の目的は、元素状ケイ素と液体状態の反
応性の窒素−水素化合物とを工業用に用いるのに望まし
い温度で反応させて、高純度窒化ケイ素を生成させる方
法を提供することである。
OBJECTS OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a method for producing high-purity silicon nitride by reacting elemental silicon with a reactive nitrogen-hydrogen compound in a liquid state at a temperature desirable for industrial use. It is to provide.

この発明のもう1つの目的は、元素状ケイ素と反応性で
液体の窒素−水素反応物との低温、すなわち200℃以
下、好ましくは100℃以下での初期反応によって、高
純度窒化ケイ素を製造する方法を提供することである。
Another object of the invention is to produce high purity silicon nitride by an initial reaction of elemental silicon with a reactive liquid nitrogen-hydrogen reactant at low temperatures, i.e. below 200°C, preferably below 100°C. The purpose is to provide a method.

この発明のさらにもう1つの目的は、粒状の高純度元素
状ケイ素と液体状態の高純度窒素−水素反応物とを20
0℃以下、好ましくは100℃以下で反応させて得られ
るケイ素、窒素、および水素からなる中間反応生成物か
ら高純度窒化ケイ素を製造する方法を提供することであ
る。
Yet another object of the invention is to combine high purity elemental silicon in granular form and high purity nitrogen-hydrogen reactant in liquid state at 20%
An object of the present invention is to provide a method for producing high-purity silicon nitride from an intermediate reaction product consisting of silicon, nitrogen, and hydrogen obtained by reaction at 0°C or lower, preferably 100°C or lower.

この発明のさらにもう1つの目的は、ケイ素、窒素、お
よび水素からなる中間生成物を100℃以下の温度で製
造する方法を提供することである。
Yet another object of the invention is to provide a method for producing intermediate products consisting of silicon, nitrogen and hydrogen at temperatures below 100°C.

〈発明の詳細な説明〉 この発明によれば、大気圧で200℃以下、好ましくは
100℃以下に相当する温度で、粒状の高純度元素状ケ
イ素を液体状態の高純度窒素−水素反応物と下記反応式
に示すように反応させて生成される高純度中間体を最初
に製造することによって、高純度窒化ケイ素を製造でき
る:Si+[NoH(n+1)]1 一一→(Si、N、H)中間体 式中、n=−4; 窒素−゛水素反応物が直鎖のときm−2、窒素−水素反
応物が環状のときm=0である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the present invention, granular high-purity elemental silicon is mixed with a high-purity nitrogen-hydrogen reactant in a liquid state at a temperature corresponding to 200° C. or lower, preferably 100° C. or lower, at atmospheric pressure. High-purity silicon nitride can be produced by first producing a high-purity intermediate produced by reacting as shown in the following reaction formula: Si+[NoH(n+1)]111→(Si, N, H ) In the intermediate formula, n=-4; m-2 when the nitrogen-hydrogen reactant is linear, and m=0 when the nitrogen-hydrogen reactant is cyclic.

この発明方法の実施例を添付図面のフローシートに示す
An embodiment of the method of the invention is shown in the flow sheet of the accompanying drawings.

この発明で用いる高純度反応性窒素−水素液化化合物を
、以下本明細書では [Nn H(n=−++)]1反応物と称するが、この
化合物は、n=のとき液体アンモニア(NH3)からな
り、n−2以上のときヒドラジン (N  H)からなる。好ましいヒドラジn     
rl+H ン化合物はN 2 H4である。しかしながら、分子量
のもっと大きいヒドラジン類、例えばトリアジン(N3
H5)、テトラジン(N4HB)、イソテトラジン(N
4H6)、環状ヒドラジンであるシクロトリアジン(N
3H3)等も反応性窒素−水素液体として使用でき、こ
の発明の範囲に含まれるものである。
The high-purity reactive nitrogen-hydrogen liquefying compound used in this invention is hereinafter referred to as a [Nn H(n=-++)]1 reactant, and when n=, this compound converts into liquid ammonia (NH3). and when n-2 or more, it consists of hydrazine (NH). Preferred hydrazine
The rl+H n compound is N 2 H4. However, higher molecular weight hydrazines, such as triazine (N3
H5), tetrazine (N4HB), isotetrazine (N
4H6), cyclotriazine (N
3H3) and the like can also be used as reactive nitrogen-hydrogen liquids and are within the scope of this invention.

所望の高純度中間体を得るためには、高純度[NoH(
n+1.I)]1反応物の純度を、少な(とも99.9
 wt、%、好ましくは、99.995 vt、%とす
べきである。液体アンモニアは、例えば対応するガスか
ら凝縮させることによって、かような純度のものを容易
に入手することができる。−方、かようなレベルの純度
の液体無水ヒドラジン(N2H4)は、ロケット−燃料
の成分として米軍規格のものが市販品として入手できる
In order to obtain the desired high purity intermediate, high purity [NoH(
n+1. I)] 1 The purity of the reactant was determined to be less than 99.9
wt,%, preferably should be 99.995 vt,%. Liquid ammonia is readily available in such purity, for example by condensation from the corresponding gas. On the other hand, liquid anhydrous hydrazine (N2H4) of such a level of purity is commercially available as a U.S. military standard as a component of rocket fuel.

もう一方の反応物は粒状の元素状ケイ素からなる。元素
状ケイ素と液体アンモニアとの反応生成物は固体イミド
であり、これは簡単に精製できない。しかしながら驚く
べきことには、液体ヒドラジンと反応させると、化学的
精製方法を施すことができることが直ぐにゎがる透明な
液体を生成する。従って、液体ヒドラジンを使用すると
高純度ケイ素出発原料を用いないでもよくなり、例えば
95wt、%以上といった比較的低純度のケイ素が使用
できるため経済的に好ましい。精製するに際しては周知
の液体精製方法、例えば蒸留、溶媒抽出、結晶化などが
使用できる。
The other reactant consists of particulate elemental silicon. The reaction product of elemental silicon and liquid ammonia is a solid imide, which is not easily purified. Surprisingly, however, when reacted with liquid hydrazine, a clear liquid is produced which is readily amenable to chemical purification methods. Therefore, the use of liquid hydrazine eliminates the need for high-purity silicon starting materials and allows the use of relatively low-purity silicon, for example, 95 wt.% or more, which is economically preferable. For purification, well-known liquid purification methods such as distillation, solvent extraction, crystallization, etc. can be used.

上述したように、ケイ素の純度の要求は、[NnH(n
+1ll)]1反応物がn=であるが、1より大である
かによって左右される。n−2−4(後述する実施例2
参照)のときは、高純度ケイ素を使用する必要はなく、
95wt、%またはそれ以上の純度のケイ素をこの反応
に使用することができる。しかし、n=(後述する実施
例1参照)の反応物により生成された生成物は容易に精
製できないから、もう一方の反応物として液体アンモニ
アを使用する場合には、高純度のケイ素を用いる必要が
ある。高純度ケイ素とは、純度99.9 vt、%以上
、好ましくは99.999 wt、%のケイ素を意味す
る。
As mentioned above, the silicon purity requirement is [NnH(n
+1ll)] 1 reactant is n=, but it depends on whether it is greater than 1. n-2-4 (Example 2 described later)
), it is not necessary to use high-purity silicon;
Silicon with a purity of 95 wt.% or greater can be used in this reaction. However, since the product produced by the reactant with n = (see Example 1 below) cannot be easily purified, it is necessary to use high-purity silicon when using liquid ammonia as the other reactant. There is. High purity silicon means silicon with a purity of 99.9 vt, % or higher, preferably 99.999 wt, %.

元素状ケイ素反応物の粒子サイズは、好ましくは約10
0メツシユ(Tyler )以下、すなわち約150 
ミクロン以下である。もっと大きい粒子サイズのケイ素
を[NnH(n+fll)]1反応物と反応させるため
に用いることができるが、完全な効率の良い反応のため
には、反応性の窒素−水素液体と接触するケイ素の表面
積を大きくすることが重要である。もっと大きいケイ素
粒子、例えば直径2.5国程度の塊で表面積の小さいも
のでも、遅い速度で反応する。かような大きい粒子のケ
イ素は、この発明を工業的プロセスに応用して、反応物
を連続的に流すような場合に好ましく使用できる。ケイ
素粒子サイズの下限は、小さい粒子の入手可能性により
、さらには微細粒子の発火性の観点からの安全限界によ
り決められる。約0.01ミクロン(コロイド状)がら
約100メツシユ(Tyler )まで、好ましくは約
0.Olから150ミクロンまでの粒子サイズ範囲が、
不当な安全性のリスクを招くことなく、[NnH(n+
ll1)]1反応物と迅速がり完全に反応し得る粒子を
もたらす。
The particle size of the elemental silicon reactant is preferably about 10
0 meshes (Tyler) or less, or about 150
It is less than a micron. Larger particle sizes of silicon can be used to react with the [NnH(n+fll)]1 reactant, but for a fully efficient reaction, the silicon in contact with the reactive nitrogen-hydrogen liquid is It is important to increase the surface area. Larger silicon particles, such as chunks about 2.5 mm in diameter and with a small surface area, react at a slower rate. Such large particle silicon can be preferably used when the present invention is applied to an industrial process where reactants are continuously flowed. The lower limit of silicon particle size is determined by the availability of small particles and also by the safety limits in terms of ignitability of fine particles. From about 0.01 micron (colloidal) to about 100 mesh (Tyler), preferably about 0.01 micron (colloidal) to about 100 mesh (Tyler). Particle size range from OL to 150 microns
[NnH(n+
ll1)] yields particles that can quickly and completely react with the reactants.

比較的大きい粒子サイズ、例えば100メツシユ(Ty
ler )より大きい粒子サイズのケイ素を用いる場合
には、所望の純度を低下させない条件下で、反応に先立
ち、あるいは後述するように反応中にその場で粒子を摩
砕することもできる。例えば比較的大きいケイ素粒子は
、ミリング剤としてケイ素の大きい塊を用いて摩砕する
こともできる。
Relatively large particle sizes, e.g. 100 mesh (Ty
When using larger particle sizes of silicon, the particles can be milled prior to the reaction, or in situ during the reaction, as described below, under conditions that do not reduce the desired purity. For example, relatively large silicon particles can be milled using large chunks of silicon as the milling agent.

ケイ素は技術的には半金属であって金属ではないとされ
ているため、「元素状」という用語は、元素のケイ素、
すなわち還元されたケイ素であってケイ素化合物ではな
いものを高純度反応物と称することを規定するために、
ケイ素反応物に関して本明細書中で用いられている。
Silicon is technically a metalloid, not a metal, so the term "elemental" refers to elemental silicon,
In other words, in order to specify that reduced silicon and not silicon compounds are referred to as high purity reactants,
As used herein in reference to silicon reactants.

この発明によれば、[Nn H(n、+m)]1反応物
と粒状の元素状ケイ素反応物とを低温で、すなわち、使
用する圧力における [NnH(n+Il)]1反応物の沸点以下の温度、好
ましくは、使用する圧力における相当する沸点より約1
5℃から約100℃低い温度で反応させる。例えば、反
応性窒素−水素液体がアンモニアの場合、大気圧での反
応温度は一33℃以下となろう。ヒドラジンを液体反応
物として用いる場合は、大気圧での反応温度は113℃
、好ましくは、約98℃以下となろう。
According to the invention, the [NnH(n,+m)]1 reactant and the particulate elemental silicon reactant are heated at low temperatures, i.e. below the boiling point of the [NnH(n+Il)]1 reactant at the pressure used. temperature, preferably about 1 below the corresponding boiling point at the pressure used
The reaction is carried out at a temperature lower than 5°C to about 100°C. For example, if the reactive nitrogen-hydrogen liquid is ammonia, the reaction temperature at atmospheric pressure will be below -33°C. When hydrazine is used as a liquid reactant, the reaction temperature at atmospheric pressure is 113°C.
, preferably below about 98°C.

本明細書中で使用される「低温」という用語は、大気圧
で200℃以下、好ましくは100℃以下に相当する温
度を規定するものである。これによって、ケイ素含有反
応物と窒素含有反応物との最初の反応において1000
℃以上の温度を用いる従来の方法から、この発明方法を
区別することができる。
The term "low temperature" as used herein defines a temperature corresponding to below 200°C, preferably below 100°C at atmospheric pressure. This allows for 1000
The inventive method can be distinguished from conventional methods that use temperatures above .degree.

アンモニアを反応させる場合の好ましい反応温度範囲は
、大気圧で約−33℃から約−78℃に相当する温度範
囲である。ヒドラジン(N2H4)を反応させる場合の
好ましい反応温度範囲は、大気圧で約0℃から約75℃
、好ましくは約15℃から50℃に相当する温度範囲で
ある。
A preferred reaction temperature range when reacting ammonia is a temperature range corresponding to about -33°C to about -78°C at atmospheric pressure. The preferred reaction temperature range when reacting hydrazine (N2H4) is from about 0°C to about 75°C at atmospheric pressure.
, preferably in a temperature range corresponding to about 15°C to 50°C.

反応温度についての上記の説明は、大気圧下での該当温
度に相当する温度を示している点に留意すべきである。
It should be noted that the above description of reaction temperatures indicates temperatures that correspond to the relevant temperatures at atmospheric pressure.

なぜならば、反応は大気圧以外の圧力でしばしば行われ
るからである。例えば、[NoH(。+ll)]1反応
物として液体アンモニアを用いる場合、液体アンモニア
と粒状ケイ素とを圧力を上げることによって一33℃よ
り高い温度で、例えば12気圧で室温で反応させること
がより有利である。従って、ここで説明した反応温度範
囲は絶対的な温度ではなく、使用する圧力に相関的なも
のである。
This is because reactions are often carried out at pressures other than atmospheric pressure. For example, when liquid ammonia is used as the reactant [NoH (. It's advantageous. Therefore, the reaction temperature ranges described herein are not absolute temperatures, but are a function of the pressure used.

反応物の反応時間(連続反応に対しては滞留時間)は、
反応物、反応を行う温度/圧力、および後述するその他
の反応条件に依存して変化する。、特定量の反応物(例
えば [NnH(n+ll)1150mlおよび粒子サイズ1
ミクロンのケイ素5g)を含有するバッチ反応に対する
反応時間は、1時間以内から100時間まで変化し、好
ましくは約30分から約50時間までとする。ケイ素の
粒子サイズがより大きい場合は、もっと長い反応時間と
してもよいが、表面にS iO2の生成が多くなる。例
えば、ヒドラジンと粒状の元素状ケイ素との25℃(大
気圧)でのバッチ反応は数時間で完了させることができ
るが、液体アンモニアと粒状の元素状ケイ素との一78
℃(大気圧)でのバッチ反応は48時間行われる。
The reaction time (residence time for continuous reactions) of the reactants is:
It will vary depending on the reactants, the temperature/pressure at which the reaction is conducted, and other reaction conditions described below. , a specified amount of reactant (e.g. [NnH(n+ll) 1150 ml and particle size 1
Reaction times for batch reactions containing micron silicon (5 g) vary from less than 1 hour to 100 hours, preferably from about 30 minutes to about 50 hours. If the silicon particle size is larger, a longer reaction time may be used, but more SiO2 will be formed on the surface. For example, a batch reaction of hydrazine and particulate elemental silicon at 25°C (atmospheric pressure) can be completed in a few hours, whereas a batch reaction of liquid ammonia and particulate elemental silicon can be completed in a few hours.
The batch reaction at °C (atmospheric pressure) is carried out for 48 hours.

この発明の好ましい実施態様によれば、反応中に摩砕ま
たはミリング作用を施すことによって、反応時間を短縮
することができる。これは、新しい未反応のケイ素表面
を絶えず露出してこれらを[NnH(n+1)]1反応
物と接触させることによって、反応が促進されるためと
考えられる。例えば、100メツシユ(Tyler )
のケイ素粒子と液体アンモニアとを大気圧で一78℃で
反応させた場合、液体アンモニア反応物との反応中にケ
イ素粒子をミリングすることにより、反応時間を48時
間以上から1時間以内に短縮することができる。
According to a preferred embodiment of the invention, the reaction time can be shortened by applying a grinding or milling action during the reaction. This is believed to be because the reaction is promoted by constantly exposing new unreacted silicon surfaces and bringing them into contact with the [NnH(n+1)]1 reactant. For example, 100 meshes (Tyler)
When reacting silicon particles with liquid ammonia at -78°C at atmospheric pressure, the reaction time is reduced from more than 48 hours to less than 1 hour by milling the silicon particles during the reaction with the liquid ammonia reactant. be able to.

元素状ケイ素のかようなミリングまたは摩砕は、ケイ素
と[NnH(n□)]1反応物との反応を妨害するかも
しれない元素状ケイ素表面の被III(すなわちS t
 O2)を除去する働きをする。このような被膜は、要
すれば反応に先立って、フッ化水素酸またはフッ化水素
アンモニウムのごときストリッピング試薬で粒状ケイ素
を化学的処理することおよび/またはアルゴン/水素雰
囲気のごとき還元雰囲気中で少なくとも1300℃に熱
処理することによって、反応時間をかなり短縮させるこ
とができ、例えば0.5時間以内にすることができる。
Such milling or attrition of elemental silicon removes the reactants of the elemental silicon surface (i.e., St
It functions to remove O2). Such coatings can be obtained by chemically treating the particulate silicon with a stripping reagent such as hydrofluoric acid or ammonium hydrogen fluoride and/or in a reducing atmosphere such as an argon/hydrogen atmosphere, optionally prior to reaction. By heat treatment to at least 1300° C., the reaction time can be considerably shortened, for example to less than 0.5 hours.

このような摩砕またはミリングを反応の一部として行う
場合には、比較的大きいサイズの元素状ケイ素粒子、例
えばlOOメツシュ(Tyler )より大きい粒子を
使用し、これを反応が進行する間に反応の場で粉砕する
こともできる。反応は、生成物が生成されると同時に除
去されるような連続式に行うこともでき、あるいは間欠
式に行うこともできる。反応の過程でその場で粉砕され
るような大きいサイズの元素状ケイ素粒子の使用は、連
続式プロセスに特に価値がある。
If such attrition or milling is carried out as part of the reaction, relatively large size elemental silicon particles, such as particles larger than a lOO mesh (Tyler), are used and are allowed to react while the reaction proceeds. It can also be crushed on the spot. The reaction can be carried out continuously, in which products are removed as they are produced, or it can be carried out intermittently. The use of large sized elemental silicon particles that are ground in situ during the course of the reaction is of particular value for continuous processes.

この場合には、反応により生成された中間生成物を含む
液体は、連続的に反応域から除去され、さらに粉砕され
ることになる大きい粒子の元素状ケイ素はその場に残留
して、連続的に反応域に供給される新たな[NnH(n
+1.l)]1反応物と反応する。
In this case, the liquid containing the intermediate products produced by the reaction is continuously removed from the reaction zone, and the large particles of elemental silicon that are to be further ground remain in place and continuously fresh [NnH(n
+1. l)] react with 1 reactant.

反応をバッチ式に行うときは、 [NnH(。□)]1反応物を化学量論的に過剰に使用
することができ、残留 [NnH(n□)]1反応物の溶媒蒸発により反応生成
物を回収することができる。連続式プロセスを用いる場
合には、中間生成物と [NnH(n+1)]1反応物の両方を含む液体を反応
域から除去し、次いでこの [NnH(。+1ll)]1反応物を中間生成物から分
離して、要すればこれを反応域に戻すことができる。
When the reaction is carried out batchwise, a stoichiometric excess of [NnH (. You can collect things. If a continuous process is used, the liquid containing both the intermediate product and the [NnH(n+1)]1 reactant is removed from the reaction zone, and the [NnH(.+1ll)]1 reactant is then transferred to the intermediate product. If necessary, it can be separated from the reactor and returned to the reaction zone.

この反応により生成される中間体溶液は、ケイ素、窒素
、および水素からなる溶液または分散液からなり、約5
=0 ppm以下の不純物を含んでいる。この中間生成
物は液体状態で1種または数種の元素を必要とする用途
、例えば重合体をファイバーにするような用途に使用で
きる。この発明により得られた中間生成物は、ケイ素、
窒素および水素、さらに要すればその他の元素を含む複
雑な分子を合成する広範な化学における試薬としても利
用できる。さらにまたこの中間体は、適切な反応経路を
経てケイ素セラミックス(例えば窒化ケイ素または炭化
ケイ素)を製造するためにも使用できる。例えば、この
中間体をアルゴン雰囲気中で800℃に加熱すれば、ア
ンモニアと水素のガスが放出されて窒化ケイ素を生成す
ることができる。
The intermediate solution produced by this reaction consists of a solution or dispersion of silicon, nitrogen, and hydrogen;
= Contains impurities of 0 ppm or less. This intermediate product can be used in applications requiring one or more elements in the liquid state, such as turning polymers into fibers. The intermediate product obtained by this invention includes silicon,
It can also be used as a reagent in a wide range of chemistries to synthesize complex molecules containing nitrogen and hydrogen, and optionally other elements. Furthermore, this intermediate can also be used to produce silicon ceramics (eg silicon nitride or silicon carbide) via suitable reaction routes. For example, if this intermediate is heated to 800° C. in an argon atmosphere, ammonia and hydrogen gases are released and silicon nitride can be produced.

上記したように、中間生成物の回収は、残留[NnH(
n+1)]1反応物の溶媒蒸発により行うことができる
。[NnH(n□)]1反応物がヒドラジンの場合、生
成物は透明で安定な溶液であり、これを蒸発させると白
色残渣を析出する。この溶液を赤外分析法にかけると、
N−Nストレッチのピーク(通常は約1098cm−’
に集中する)が、1050と1120c+++−’の同
じ強度の2つのピークに分かれる。これは、溶液中での
5t−N会合から起こるものである。また、得られたス
ペクトルは、ケイ素、窒素、および水素以外の元素で0
.Q5 vt、%以上の量の元素の存在がなく、このこ
とはこの溶液が高純度であることを示している。
As mentioned above, the recovery of the intermediate product requires the residual [NnH(
n+1)]1 by solvent evaporation of the reactant. [NnH(n□)]1 When the reactant is hydrazine, the product is a clear, stable solution that precipitates a white residue upon evaporation. When this solution is subjected to infrared analysis,
Peak of N-N stretch (usually about 1098 cm-'
) is divided into two peaks of the same intensity, 1050 and 1120c+++-'. This results from 5t-N association in solution. In addition, the obtained spectrum is 0 for elements other than silicon, nitrogen, and hydrogen.
.. There were no elements present in amounts greater than Q5 vt, %, indicating that the solution was highly pure.

溶媒を蒸発させた後、無定形中間体粉末残渣をアルゴン
のごとき非反応性雰囲気中で約1200=700℃の温
度範囲まで加熱し、次いで残渣をこの温度に少なくとも
約15分から約2時間まで維持することにより、高純度
の結晶アルファ窒化ケイ素(St3N4)、すなわち少
なくとも99.9 wt、%、好ましくは99.995
 wt’、%の純度を持つアルファ窒化ケイ素生成物を
生成することができる。もっと長い時間加熱してもよい
が、残渣を完全に転換して約0.01から0.5ミクロ
ンの粒子サイズ範囲をもつアルファ513N4を生成さ
せるには、それ程長い時間は必要ないと思われる。最終
生成物がアルファ窒化ケイ素であると判断するために、
その物質中の陽イオンの純度を調べることもできる。な
ぜならば高温熱処理によって、比較的純度の低い無定形
窒化ケイ素はアルファ型の他にベータ型窒化ケイ素も一
般に生成するからである。一方、ベータ窒化ケイ素が必
要な場合には、ベータ型の生成を促進することが知られ
ている薬剤を添加することによって達成できる。
After evaporation of the solvent, the amorphous intermediate powder residue is heated in a non-reactive atmosphere such as argon to a temperature range of about 1200°C = 700°C, and the residue is then maintained at this temperature for at least about 15 minutes up to about 2 hours. By making high purity crystalline alpha silicon nitride (St3N4), i.e. at least 99.9 wt.%, preferably 99.995
An alpha silicon nitride product can be produced with a purity of % wt'. Although longer heating times may be used, it does not appear that much time is required to completely convert the residue to form Alpha 513N4 with a particle size range of about 0.01 to 0.5 microns. To determine that the final product is alpha silicon nitride,
You can also check the purity of the cations in the substance. This is because, by high-temperature heat treatment, amorphous silicon nitride with relatively low purity generally produces beta-type silicon nitride in addition to alpha-type silicon nitride. On the other hand, if beta silicon nitride is required, this can be achieved by adding an agent known to promote the production of the beta form.

〈実施例〉 以下に実施例を挙げてこの発明を詳述する。<Example> The present invention will be described in detail below with reference to Examples.

実施例 1 アンモニアガスをポリエチレンのボトルに入れ、ドライ
アイスを用いて約−78℃で6時間かけてこれを液化さ
せて、50m1の液体アンモニアを生成した。次いでこ
の液体アンモニアを、粒子サイズ1ミクロン以下、純度
99.9 wt、%の粒状ケイ素5gと接触させた。こ
れらの反応物を反応容器内で3時間ミリングし、−78
℃で48時間反応させた。中間体は残留NH3を蒸発さ
せることによって、褐色残渣として回収した。 この残
渣はX線回折により無定形であることがわかった。しか
しながら若干の未反応ケイ素が存在し、そのため褐色を
呈していた。この残渣を赤外線分光分析にかけたところ
、ケイ素のIR基準パターンとは異なるピークを示した
。NHおよびNF2基に関連する鋭い吸収が一1’= 1180国 、1210印 、および8000(7)−
■に認められた。また、幅広の5i−Nストレッチに起
因する 980=05105O’の間の高い肩部が認め
られた。残渣の走査型電子顕微鏡(sm+oによる観察
では、ケイ素粒子の間に分散した非結晶物質が認められ
た。
Example 1 Ammonia gas was placed in a polyethylene bottle and liquefied using dry ice at about -78°C for 6 hours to produce 50ml of liquid ammonia. The liquid ammonia was then contacted with 5 g of granular silicon with a particle size of less than 1 micron and a purity of 99.9 wt.%. These reactants were milled in a reaction vessel for 3 hours and -78
The reaction was carried out at ℃ for 48 hours. The intermediate was recovered as a brown residue by evaporating residual NH3. This residue was found to be amorphous by X-ray diffraction. However, some unreacted silicon was present, which gave it a brown color. When this residue was subjected to infrared spectroscopy, it showed peaks different from the IR reference pattern for silicon. The sharp absorptions associated with the NH and NF2 groups are 11' = 1180, 1210, and 8000(7)-
■It was recognized. Also, a high shoulder between 980=05105O' due to the wide 5i-N stretch was observed. Observation of the residue using a scanning electron microscope (sm+o) revealed amorphous materials dispersed between silicon particles.

この残渣をアルゴン雰囲気中で2時間、1800℃の温
度まで加熱した。起こり得る酸素汚染を防止するために
、るつぼを二重構造とし、内側のるつぼの壁を窒化ケイ
素粉末で覆った。得られた生成物のX線パターンは、1
000℃でのアルファ窒化ケイ素と未反応ケイ素を示し
た。1400℃でのアルファ窒化ケイ素のみの生成、お
よびケイ素のみしか発見できなかったSIEM IED
S分析(窒素は検出できない)から、反応生成物が高純
度であることが確認できる。
The residue was heated to a temperature of 1800° C. for 2 hours under an argon atmosphere. To prevent possible oxygen contamination, the crucible was double-walled and the inner crucible wall was covered with silicon nitride powder. The X-ray pattern of the obtained product is 1
Alpha silicon nitride and unreacted silicon at 000°C are shown. SIEM IED that only produced alpha silicon nitride at 1400°C and discovered only silicon
The S analysis (nitrogen cannot be detected) confirms that the reaction product is highly pure.

実施例 2 液体ヒドラジン50m1に、平均粒子サイズ10ミクロ
ン以下、純度99.9 wL、%の粒状ケイ素0.05
gを添加した。この混合物を反応容器内で不活性アルゴ
ン雰囲気中25℃で3時間反応させた。誘導的に結合し
たプラズマ原子吸収により確認した結果、得られた反応
生成物はケイ素を含む透明な溶液であった。
Example 2 In 50 ml of liquid hydrazine, 0.05% granular silicon, average particle size 10 microns or less, purity 99.9 wL,
g was added. This mixture was allowed to react for 3 hours at 25° C. in an inert argon atmosphere in a reaction vessel. The resulting reaction product was a clear solution containing silicon, as determined by inductively coupled plasma atomic absorption.

ヒドラジンの真空溶媒蒸発により高分子残渣が残った。Vacuum solvent evaporation of hydrazine left a polymeric residue.

この残渣は、5i−Nストレッチに起因スル950cl
II−lテノ夏R吸収ハント、110l100=22(
1’の間の幅広いN−Nストレッチ、I250l =600側 におけるNH,NF2基および2800−
3500■=領域の幅広いストレッチにそれぞれ起因す
る振れ(wags)および反対称ストレッチを呈する。
This residue is due to the 5i-N stretch.
II-l Tenonatsu R absorption hunt, 110l100=22(
A wide N-N stretch between 1', NH, NF2 groups on the I250l = 600 side and 2800-
3500 ■ = exhibits wags and antisymmetric stretching due to wide stretching of the area, respectively.

この生成物は、800 cm−’に集中する幅広バンド
のラマン・ピークを生ずるが、これは空気に曝されると
フラットになる。この残渣を空気中で加熱すると、5i
−N、NH,およびN H2基が消失し、1000国 
のSiOにより置換される。このSi/N2H4中間体
錯化合物はまた、240と288 nmで、および27
8rvの幅広い肩部で紫外線を吸収する。288n−で
の近紫外遷移は、p1軌道状態から反結合性pi軌道状
態への電子遷移に起因するいくつかの二重結合窒素、す
なわち−N−N−を示している。シラニル/ヒドラジン
錯化合物類において通常220r+mでみられる基底状
態から反結合性シグマ軌道状態への電子遷移は、240
rvへレッドシフトされ、多数の窒素−窒素結合のため
に、窒素からケイ素への逆供与は阻止される。残渣の熱
重量分析の結果は、79vt、%の損失を示した。この
損失は、各ケイ素原子に対しほぼ6個のN 2 H4に
相当する。中間生成物のX線回折分析の結果は、これが
無定形であることを示した。SUN検査の結果は、蒸発
後の中間生成物残渣が微細なコロイド状粉末であること
を示した。
This product gives rise to a broad band Raman peak centered at 800 cm-', which flattens on exposure to air. When this residue is heated in air, 5i
-N, NH, and N H2 groups disappear, and 1000 countries
is replaced by SiO. This Si/N2H4 intermediate complex also has a
8rv's wide shoulders absorb UV rays. The near-UV transition at 288n- shows some double-bonded nitrogens, i.e. -N-N-, due to the electronic transition from the p1 orbital state to the antibonding pi orbital state. The electronic transition from the ground state to the antibonding sigma orbital state, which is normally observed at 220r+m in silanyl/hydrazine complex compounds, is at 240r+m.
Due to the large number of nitrogen-nitrogen bonds, back-donation from nitrogen to silicon is prevented. Thermogravimetric analysis of the residue showed a loss of 79vt,%. This loss corresponds to approximately 6 N 2 H4 for each silicon atom. X-ray diffraction analysis of the intermediate product showed it to be amorphous. SUN test results showed that the intermediate product residue after evaporation was a fine colloidal powder.

この残渣を、実施例1に記載したような窒素緩衝剤のも
とてアルゴン雰囲気中1400”c、3時間加熱した。
The residue was heated at 1400"C for 3 hours in an argon atmosphere with a nitrogen buffer as described in Example 1.

微細な白色結晶が回収されたが、X線回折の結果これは
アルファSi3N4であることを示した。
Fine white crystals were recovered which X-ray diffraction showed to be alpha Si3N4.

実施例 3 元素状ケイ素と〔NnH(n+1)]1反応物との反応
により生成される中間体化合物の特徴をさらに調べるた
めに、 ケイ素NMRにより局部的ケイ素環境を分析し
て、ヒドラジン溶液中の中間生成物内に存在する化学結
合のタイプを調べた。−73,1pp−と−82,08
pp−にピークが見出だされたが、これはケイ素−窒素
結合に特有のものである。特に大きいピークは他に認め
られなかったが、このことは、この中間体化合物中では
ケイ素−窒素−水素結合が優勢であることを示している
。特に、ケイ素−水素結合がないことは、INEPT 
 Cross Po1arizatIon Tech−
nlquesを用いることにより確認された。この方法
については、Journal  ol’ Magnet
Ic  Re5o−nance 、 Vol、55 (
1983)、 、 PP、51−83に掲載のPo1a
rlzatln Transf’er Between
 Two 5calar−Coupled 5yste
ls  of Arbltrary Numbers 
 of’Nuclel of’ Arbitrary 
5p1ns″と題するDavldT、PeggとM、R
obln Bendallの論文を参照されたい。
Example 3 To further characterize the intermediate compound formed by the reaction of elemental silicon with the [NnH(n+1)]1 reactant, the local silicon environment was analyzed by silicon NMR to determine the The types of chemical bonds present within the intermediate products were investigated. -73,1pp- and -82,08
A peak was found at pp-, which is specific to the silicon-nitrogen bond. No other particularly large peaks were observed, indicating that silicon-nitrogen-hydrogen bonds are predominant in this intermediate compound. In particular, the absence of silicon-hydrogen bonds means that INEPT
Cross Po1arizatIon Tech-
Confirmed using nlques. This method is described in the Journal ol' Magnet
Ic Re5o-nance, Vol, 55 (
1983), Po1a published in PP, 51-83.
rlzatln Transfer'er Between
Two 5calar-Coupled 5yste
ls of Arbltrary Numbers
of'Nucle of' Arbitrary
DavldT, Pegg and M,R entitled ``5p1ns''
See the paper by Bendall.

この試料は、プロトンNMRによっても分析した。この
プロトン化学的シフトは、代表的にはシリル−アミン類
の分析において周知の方法である。この分析では、水素
は窒素を介してケイ素と結合しており、ヒドラジン溶媒
におけるような簡単な窒素−水素結合ではないことを示
している。これにより、元素状ケイ素と される。さらに、 ケイ素NMR分析によりケイ素−水
素の直接結合は示されなかったので、中間体化合物はケ
イ素−窒素−水素結合を持つ化合物からなっているもの
と考えられる。
This sample was also analyzed by proton NMR. This proton chemical shift is typically a well known method in the analysis of silyl-amines. This analysis shows that the hydrogen is bonded to silicon through nitrogen, not a simple nitrogen-hydrogen bond as in the hydrazine solvent. This results in elemental silicon. Furthermore, since silicon NMR analysis did not show a direct silicon-hydrogen bond, it is believed that the intermediate compound consists of a compound having a silicon-nitrogen-hydrogen bond.

以上、この発明による高純度513N4およびその先駆
物質の製造方法を特定の実施例を挙げて説明したが、プ
ロセスや装置、さらには使用するパラメータや物質など
は、特許請求の範囲内で種々の変更や改変が可能である
ことは当業者にとって明らかであろう。
The method for producing high-purity 513N4 and its precursors according to the present invention has been described above with reference to specific examples, but the process and equipment, as well as the parameters and materials used, may be modified in various ways within the scope of the claims. It will be obvious to those skilled in the art that modifications and variations are possible.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

添付図面はこの発明方法の実施例を示すフローシートで
ある。 特許出願人    アメリカ合衆国 化 理 人    尾股行雄
The accompanying drawing is a flow sheet showing an embodiment of the method of this invention. Patent applicant Yukio Omata

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、元素状ケイ素を下記式で表される液体状態の窒素−
水素反応物 [N_nH_(_n_+_m_)]_l 式中、n=1−4; 窒素−水素反応物が直鎖のときm=2、 窒素−水素反応物が環状のときm=0 と低温で反応させることを特徴とするケイ素、窒素、水
素からなる高純度物質の製造方法。 2、前記元素状ケイ素は、n=1のとき99.9wt.
%の純度を有し、n=2−4のとき95wt.%の純度
を有する請求項1記載の方法。
[Claims] 1. Elemental silicon is converted into liquid nitrogen represented by the following formula:
Hydrogen reactant [N_nH_(_n_+__m_)]_l In the formula, n = 1-4; m = 2 when the nitrogen-hydrogen reactant is linear, m = 0 when the nitrogen-hydrogen reactant is cyclic, and react at low temperature. A method for producing a high-purity substance consisting of silicon, nitrogen, and hydrogen, characterized by: 2. The elemental silicon has a mass of 99.9wt. when n=1.
% purity and 95 wt.% when n=2-4. % purity.
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